一种差动型投射互容式油水界面监测系统及方法

1.本发明涉及盐穴储气库技术领域，更具体地，涉及一种差动型投射互容式油水界面监测系统及方法。


背景技术：

2.盐穴储气库是通过注入淡水的方式将盐矿作为溶腔储气的方式建造，其过程为：通过钻井向下打入中心管、中间管、套管等管道；通过注入淡水的方法进行溶解，由排水管排出储气库底部液体，并由注水管与套管之间的空隙注入隔离液避免顶部溶解；在上述期间不断根据储气库底部液体盐度等技术参数调整参数，控制地下腔穴的几何形状和体积，最终得到符合设计要求的储气库。在其建造和使用过程中，必须控制并调节气液界面高度来控制溶腔顶板形状，如控制不当，会使腔体顶部溶解，破坏其几何形状，削弱其保持压力的能力。同时，在储气库建成后投入使用后，要求严格密封，会在中心管上使用永久封隔器，这使原来在建造过程中能使用的有线测量方法无法使用，同时井下的环境条件更为严苛，上述条件使得现有测量方法及装置很难满足要求。
3.在专利cn201711050272.2《盐穴储气库的气液界面深度的测量方法及装置》中，涉及到了一种盐穴储气库的液位测量方法及装置，其使用传感器及电缆实现了对气液深度界面的实时连续和大范围监测，但是由于其测量中使用了有线电缆用于传感器安装以及信号传输，容易导致储存气体泄漏的问题，仅适用于储气库建造时期无永久封隔器环境下的气液界面距离测量。
4.在专利cn202010233971.6《一种基于声速差的盐穴储气库气液界面测量方法和系统》中使用超声波信号作为测距信号，其通过测量超声波发射接收时间差进行液位测量；在专利cn201921840592.2《一种盐穴储气库的气液界面测量装置》中使用激光信号作为测距信号，其通过测量激光发射接收时间差进行液位测量。这两种方法都实现了无线测距，但是其只能测量气液界面深度，无法进一步区分油水界面位置。因此，如何实现对盐穴储气库中油水界面位置进行测量是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种差动型投射互容式油水界面监测系统及方法，用以解决如何实现对盐穴储气库中油水界面位置进行测量的问题。
6.本发明的第一方面，提供了一种差动型投射互容式油水界面监测系统，包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机，所述发射电极基于绝缘材料安装于所述中心管外壁上，所述上接收电极和所述下接收电极安装于所述中心管外壁上，并通过导线与所述中心管外壁的导电处连接，所述交流信号发射装置安装于所述中心管外壁上，并通过导线分别与所述发射电极和所述中心管外壁导电处连接，所述数字电流传感器安装在所述上接收电极和所述下接收电极与所述中心管连接的导线上，所述地表主机分别与所述交流信号发射装置和所述数字电流传感器通信连接，
所述中心管通过盐穴储气库的中间管插入所述盐穴储气库；
7.所述地表主机，用于接收用户输入的控制指令，基于所述控制指令向所述交流信号发射装置下发测试指令和/或工作指令，接收所述数字电流传感器返回的电流有效值，并根据所述电流有效值计算油水界面的深度；
8.所述交流信号发射装置，用于基于所述地表主机发送的测试指令和/或工作指令，产生交流电压信号；
9.所述数字电流传感器，用于测量通过所述上接收电极和通过所述下接收电极的电流，并将测量结果发送至所述地面主机。
10.在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
11.优选的，所述发射电极、所述上接收电极和所述下接收电极为圆环状，所述发射电极位于所述上接收电极和所述下接收电极中间。
12.优选的，所述上接收电极和所述下接收电极的高度相同，且所述上接收电极和所述下接收电极的高度为所述发射电极高度的1/2。
13.优选的，所述发射电极距离所述中心管顶端的距离为hm，所述上接收电极距离所述中心管顶端的距离为h
m-d，所述上接收电极距离所述中心管顶端的距离为hm+d,其中，hm为发射电极距离中心管顶端的距离，d为上接收电极和下接收电极与发射电极的距离。
14.优选的，所述数字电流传感器包括交流电传感器和数字采集芯片。
15.优选的，所述交流信号发射装置产生的电压有效值为u，电压频率为f。
16.本发明的第二方面，提供一种差动型投射互容式油水界面监测方法，应用于所述差动型投射互容式油水界面监测系统，所述系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机；包括：
17.在所述中心管下降至盐穴储气库且所述下接收电极未触及油水界面时，所述地表主机发送测试指令至所述交流信号发射装置；
18.所述交流信号发射装置产生交流电压信号，所述数字电流传感器采集经过所述上接收电极和所述下接收电极的初始电流有效值i0；
19.在满足预设工作条件时，所述地表主机发送工作指令至所述交流信号发射装置；
20.所述交流信号发射装置产生所述交流电压信号，所述数字电流传感器采集经过所述上接收电极和所述下接收电极的工作电流有效值分别为iu和id；
21.基于所述交流电压信号的参数、所述初始电流有效值i0、所述工作电流有效值iu和所述工作电流有效值id，计算所述上接收电极和所述下接收电极分别与所述发射电极形成的测试电容c0以及工作电容cu和cd；
22.基于所述测试电容c0、所述工作电容cu、所述工作电容cd、所述发射电极的安装位置、所述上接收电极的安装位置和所述下接收电极的安装位置，计算所述盐穴储气库中油水界面的深度。
23.优选的，所述测试电容c0为：
24.ci＝i0/2πfu；
25.所述工作电容cu为：
26.cu＝iu/2πfu；
27.所述工作电容cd为：
28.cd＝id/2πfu；
29.其中，c0为上接收电极、下接收电极与发射电极之间形成的测试电容，cu为上接收电极与发射电极之间形成的工作电容，cd为下接收电极与发射电极之间形成的工作电容，i0为上接收电极、下接收电极的初始电流，iu为上接收电极的工作电流，id为下接收电极的工作电流，u为交流信号发射装置产生电压的有效值，f为交流信号发射装置产生的电压频率。
30.优选的，所述油水界面的深度h为：
[0031][0032]
其中，hm为发射电极距离中心管顶端的距离，d为上接收电极和下接收电极与发射电极的距离，εr为储气库底部液体的相对介电常数，ε0为真空介电常数,s为上接收电极和下接收电极的有效面积，c0为上接收电极、下接收电极与发射电极之间形成的测试电容，cu为上接收电极与发射电极之间形成的工作电容，cd为下接收电极与发射电极之间形成的工作电容。
[0033]
优选的，所述预设工作条件为：所述油水界面位于所述发射电极和所述下接收电极之间、所述油水界面位于所述发射电极与所述上接收电极之间和/或所述油水界面位于所述上接收电极上。
[0034]
本发明提供的一种差动型投射互容式油水界面监测系统及方法，系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机，所述发射电极基于绝缘材料安装于所述中心管外壁上，所述上接收电极和所述下接收电极安装于所述中心管外壁上，并通过导线与所述中心管外壁的导电处连接，所述交流信号发射装置安装于所述中心管外壁上，并通过导线分别与所述发射电极和所述中心管外壁导电处连接，所述数字电流传感器安装在所述上接收电极和所述下接收电极与所述中心管连接的导线上，所述地表主机分别与所述交流信号发射装置和所述数字电流传感器通信连接，所述中心管通过盐穴储气库的中间管插入所述盐穴储气库；所述地表主机，用于接收用户输入的控制指令，基于所述控制指令向所述交流信号发射装置下发测试指令和/或工作指令，接收所述数字电流传感器返回的电流有效值，并根据所述电流有效值计算油水界面的深度；所述交流信号发射装置，用于基于所述地表主机发送的测试指令和/或工作指令，产生交流电压信号；所述数字电流传感器，用于测量通过所述上接收电极和通过所述下接收电极的电流，并将测量结果发送至所述地面主机。本发明通过采用差动型测量，降低了井底温度、压力环境因素的影响,同时利用盐穴储气库中气体与油层介电常数相近，与底部液体介电常数相差较大的性质，能够忽略液体上方漂浮的油层对监测结果的影响，同时本发明中传感器不直接接触盐穴储气库中底部液体，大大降低了底部液体对传感器的腐蚀，使得传感器经久耐用，实现了低成本测量盐穴储气库中油水界面的深度。
附图说明
[0035]
图1为本发明提供的一种差动型投射互容式油水界面监测系统结构示意图；
[0036]
图2为本发明提供的差动型投射互容式油水界面监测系统的电极安装示意图；
[0037]
图3为本发明提供的一种差动型投射互容式油水界面监测方法流程图；
[0038]
图4为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
[0039]
图5为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图；
[0040]
各附图中标号为：1-中心管；2-发射电极；3-上接收电极；4-下接收电极；5-交流信号发射装置；6-绝缘材料；7-中间管；8-永久封隔器；9-储存气体；10-油水界面；11-储气库底部液体。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0042]
图1为本发明提供的一种差动型投射互容式油水界面监测系统结构示意图，如图1所示，系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机，所述发射电极基于绝缘材料安装于所述中心管外壁上，所述上接收电极和所述下接收电极安装于所述中心管外壁上，并通过导线与所述中心管外壁的导电处连接，所述交流信号发射装置安装于所述中心管外壁上，并通过导线分别与所述发射电极和所述中心管外壁导电处连接，所述数字电流传感器安装在所述上接收电极和所述下接收电极与所述中心管连接的导线上，所述地表主机分别与所述交流信号发射装置和所述数字电流传感器通信连接，所述中心管通过盐穴储气库的中间管插入所述盐穴储气库。
[0043]
其中，所述地表主机，用于接收用户输入的控制指令，基于所述控制指令向所述交流信号发射装置下发测试指令和/或工作指令，接收所述数字电流传感器返回的电流有效值，并根据所述电流有效值计算油水界面的深度；所述交流信号发射装置，用于基于所述地表主机发送的测试指令和/或工作指令，产生交流电压信号；所述数字电流传感器，用于测量通过所述上接收电极和通过所述下接收电极的电流，并将测量结果发送至所述地面主机。
[0044]
可以理解的是，上述地表主机位于底面上方，用于向盐穴储气库中的交流信号发射装置发射测试指令和工作指令，接收数字电流传感器测量的电流有效值，根据所接收的电流有效值并结合系统结构参数确定所述油水界面的深度。
[0045]
应理解的是，上述中心管用于经过盐穴储气库的中间管插入盐穴储气库，用于向库内加入或排出储气库底部液体。
[0046]
进一步的，所述发射电极、所述上接收电极和所述下接收电极为圆环状，所述发射电极位于所述上接收电极和所述下接收电极中间。
[0047]
进一步的，所述发射电极距离所述中心管顶端的距离为hm，所述上接收电极距离所述中心管顶端的距离为h
m-d，所述上接收电极距离所述中心管顶端的距离为hm+d,其中，hm为发射电极距离中心管顶端的距离，d为上接收电极和下接收电极与发射电极的距离。
[0048]
可以理解的是，上述发射电极与上述上接收电极和下接收电极的距离相同，通常间距d可以设定10～30m范围的值。上述发射电极、上接收电极和下接收电极的安装位置参
见图2。
[0049]
进一步的，所述上接收电极和所述下接收电极的高度相同，且所述上接收电极和所述下接收电极的高度为所述发射电极高度的1/2。
[0050]
进一步的，所述数字电流传感器包括交流电传感器和数字采集芯片。
[0051]
可以理解的是，上述数字电流传感器与上接收电极、下接收电极连接中心管的导线上，用于测量经过上接收电极、下接收电极的初始电流i0、工作电流iu和工作电流id。
[0052]
进一步的，所述交流信号发射装置产生的电压有效值为u，电压频率为f。
[0053]
可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明实施例提出了一种差动型投射互容式油水界面监测系统。系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机，所述发射电极基于绝缘材料安装于所述中心管外壁上，所述上接收电极和所述下接收电极安装于所述中心管外壁上，并通过导线与所述中心管外壁的导电处连接，所述交流信号发射装置安装于所述中心管外壁上，并通过导线分别与所述发射电极和所述中心管外壁导电处连接，所述数字电流传感器安装在所述上接收电极和所述下接收电极与所述中心管连接的导线上，所述地表主机分别与所述交流信号发射装置和所述数字电流传感器通信连接，所述中心管通过盐穴储气库的中间管插入所述盐穴储气库；所述地表主机，用于接收用户输入的控制指令，基于所述控制指令向所述交流信号发射装置下发测试指令和/或工作指令，接收所述数字电流传感器返回的电流有效值，并根据所述电流有效值计算油水界面的深度；所述交流信号发射装置，用于基于所述地表主机发送的测试指令和/或工作指令，产生交流电压信号；所述数字电流传感器，用于测量通过所述上接收电极和通过所述下接收电极的电流，并将测量结果发送至所述地面主机。本发明通过采用差动型测量，降低了井底温度、压力环境因素的影响,同时利用盐穴储气库中气体与油层介电常数相近，与底部液体介电常数相差较大的性质，能够忽略液体上方漂浮的油层对监测结果的影响，同时本发明中传感器不直接接触盐穴储气库中底部液体，大大降低了底部液体对传感器的腐蚀，使得传感器经久耐用，实现了低成本测量盐穴储气库中油水界面的深度。
[0054]
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种差动型投射互容式油水界面监测方法流程图，如图3所示，一种差动型投射互容式油水界面监测方法，应用于所述差动型投射互容式油水界面监测系统，所述系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机；所述差动型投射互容式油水界面监测方法包括：
[0055]
步骤s100：在所述中心管下降至盐穴储气库且所述下接收电极未触及油水界面时，所述地表主机发送测试指令至所述交流信号发射装置；
[0056]
步骤s200：所述交流信号发射装置产生交流电压信号，所述数字电流传感器采集经过所述上接收电极和所述下接收电极的初始电流有效值i0；
[0057]
步骤s300：在满足预设工作条件时，所述地表主机发送工作指令至所述交流信号发射装置；
[0058]
可以理解的是，上述预设工作条件可以是上述油水界面位于上述发射电极和上述下接收电极之间、上述油水界面位于上述发射电极与上述上接收电极之间和/或上述油水界面位于上述上接收电极上。
[0059]
步骤s400：所述交流信号发射装置产生所述交流电压信号，所述数字电流传感器采集经过所述上接收电极和所述下接收电极的工作电流有效值分别为iu和id；
[0060]
步骤s500：基于所述交流电压信号的参数、所述初始电流有效值i0、所述工作电流有效值iu和所述工作电流有效值id，计算所述上接收电极和所述下接收电极分别与所述发射电极形成的测试电容c0以及工作电容cu和cd；
[0061]
进一步的，所述测试电容c0为：
[0062]
c0＝i0/2πfu；
[0063]
所述工作电容cu为：
[0064]cu
＝iu/2πfu；
[0065]
所述工作电容cd为：
[0066]cd
＝id/2πfu；
[0067]
其中，c0为上接收电极、下接收电极与发射电极之间形成的测试电容，cu为上接收电极与发射电极之间形成的工作电容，cd为下接收电极与发射电极之间形成的工作电容，i0为上接收电极、下接收电极的初始电流，iu为上接收电极的工作电流，id为下接收电极的工作电流，u为交流信号发射装置产生电压的有效值，f为交流信号发射装置产生的电压频率。
[0068]
步骤s600：基于所述测试电容c0、所述工作电容cu、所述工作电容cd、所述发射电极的安装位置、所述上接收电极的安装位置和所述下接收电极的安装位置，计算所述盐穴储气库中油水界面的深度。
[0069]
进一步的，所述油水界面的深度h为：
[0070][0071]
其中，hm为发射电极距离中心管顶端的距离，d为上接收电极和下接收电极与发射电极的距离，εr为储气库底部液体的相对介电常数，ε0为真空介电常数,s为上接收电极和下接收电极的有效面积，c0为上接收电极、下接收电极与发射电极之间形成的测试电容，cu为上接收电极与发射电极之间形成的工作电容，cd为下接收电极与发射电极之间形成的工作电容。
[0072]
可以理解的是，本发明提供的一种差动型投射互容式油水界面监测方法与前述各实施例提供的差动型投射互容式油水界面监测系统相对应，差动型投射互容式油水界面监测方法的相关技术特征可参考差动型投射互容式油水界面监测系统的相关技术特征，在此不再赘述。
[0073]
在一种可能的应用场景中，本实施例中的中心管在上述盐穴储气库下降时，且当油水界面未接触上述下接收电极时，上接收电极、下接收电极与上述发射电极之间的介质均为储气库储存气体，其介电常数基于等于真空介电常数。其中，iu为上接收电极导线电流，id为下接收电极导线电流，i0为上下接收电极导线电流的初始电流，hm为发射电极距储气库顶部的深度，d为电极之间的间距，d1为气体介质高度，d2为液体介质高度，εr为储气库
底部液体的相对介电常数，ε0为真空介电常数，u为交流信号发射装置产生电压的有效值，f为交流信号发射装置产生的电压频率，s为上下接收电极相对有效面积。
[0074]
上接收电极、下接收电极分别与发射电极的形成的电容均能表示为：
[0075][0076]
电容电流计算公式为：
[0077]
i＝2πfcu(2)；
[0078]
依据公式(2)，初始电容为：
[0079][0080]
在一种可能的应用场景中，当油水界面未接触下接收电极时，上接收电极、下接收电极与发射电极之间的介质均为储气库储存气体，其介电常数基本等于真空介电常数。
[0081]
上接收电极、下接收电极分别与发射电极的形成的电容均能表示为：
[0082][0083]
根据公式(1)、(4)，可以得到：
[0084]cd
≈cu≈c0(5)；
[0085]
这种情况下认为油水界面深度：
[0086]
h＝hm+d(6)。
[0087]
在一种可能的应用场景中，当油水界面位于发射电极与下接收电极之间时，上接收电极与发射电极之间的介质为储气库储存气体，而下接收电极与发射电极之间的介质为储存气体与底部液体的双层介质。
[0088]
依据公式(2)，上接收电极与发射电极形成的电容：
[0089][0090]
依据公式(2)，下接收电极与发射电极形成的电容：
[0091][0092]
由于cd》》cu，结合公式(7)、(8)，可以得出油水界面高度的表达公式：
[0093][0094]
在一种可能的应用场景中，当油水界面位于发射电极与上接收电极之间时，上接收电极与发射电极之间的介质为储存气体与底部液体的双层介质，而下接收电极与发射电极之间的介质为底部液体。
[0095]
依据公式(2)，上接收电极与发射电极形成的电容：
[0096][0097]
依据公式(2)，下接收电极与发射电极形成的电容：
[0098][0099]
此时仍然存在cd》cu，结合公式(10)、(11)，可以得出油水界面高度的表达公式为：
[0100][0101]
在一种可能的应用场景中，当油水界面位于上接收电极以上时，上接收电极、下接收电极与发射电极之间的介质均为储气库底部液体。
[0102]
上接收电极、下接收电极与发射电极的形成的电容均能够表示为：
[0103][0104]
依据公式(1)、(13)，可以得到
[0105]cd
≈cu》》c0(14)；
[0106]
这种情况下认为油水界面高度h＝h
m-d(15)。
[0107]
由于上接收电极上方油水界面深度无法继续监测，因此在此条件下即认为储气库底部液体即将接触腔体上部，储气库停止向外输出气体。
[0108]
本实施例中的差动型投射互容式油水界面监测方法，该差动型互容式传感器采用差动式测量，井下温度、压力等环境因素会同时对井下介质产生影响，因此能极大程度上免除环境因素影响；其利用储存气体、液面油层介电常数相近，并与底部液体介电常数相差较大的性质，能够免除液体上方漂浮的油层对于监测结果的影响；其传感器不直接接触储气库底部液体体，极大程度上免受液体腐蚀影响，能够具有较长工作时间。同时，上述差动型投射互容式油水界面监测方法及系统也可应用于油井与其他地下储气库中。
[0109]
请参阅图4，图4为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图4所示，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：
[0110]
在上述中心管下降至盐穴储气库且上述下接收电极未触及油水界面时，上述地表主机发送测试指令至上述交流信号发射装置；上述交流信号发射装置产生交流电压信号，上述数字电流传感器采集经过上述上接收电极和上述下接收电极的初始电流有效值i0；在满足预设工作条件时，上述地表主机发送工作指令至上述交流信号发射装置；上述交流信号发射装置产生上述交流电压信号，上述数字电流传感器采集经过上述上接收电极和上述下接收电极的工作电流有效值分别为iu和id；基于上述交流电压信号的参数、上述初始电流有效值i0、上述工作电流有效值iu和上述工作电流有效值id，计算上述上接收电极和上述下接收电极分别与上述发射电极形成的测试电容c0以及工作电容cu和cd；基于上述测试电容c0、上述工作电容cu、上述工作电容cd、上述发射电极的安装位置、上述上接收电极的安装位置和上述下接收电极的安装位置，计算上述盐穴储气库中油水界面的深度。
[0111]
请参阅图5，图5为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图5所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：
[0112]
在上述中心管下降至盐穴储气库且上述下接收电极未触及油水界面时，上述地表主机发送测试指令至上述交流信号发射装置；上述交流信号发射装置产生交流电压信号，上述数字电流传感器采集经过上述上接收电极和上述下接收电极的初始电流有效值i0；在满足预设工作条件时，上述地表主机发送工作指令至上述交流信号发射装置；上述交流信号发射装置产生上述交流电压信号，上述数字电流传感器采集经过上述上接收电极和上述下接收电极的工作电流有效值分别为iu和id；基于上述交流电压信号的参数、上述初始电流有效值i0、上述工作电流有效值iu和上述工作电流有效值id，计算上述上接收电极和上述下接收电极分别与上述发射电极形成的测试电容c0以及工作电容cu和cd；基于上述测试电容c0、上述工作电容cu、上述工作电容cd、上述发射电极的安装位置、上述上接收电极的安装位置和上述下接收电极的安装位置，计算上述盐穴储气库中油水界面的深度。
[0113]
本发明实施例提供的一种差动型投射互容式油水界面监测系统及方法，系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机，所述发射电极基于绝缘材料安装于所述中心管外壁上，所述上接收电极和所述下接收电极安装于所述中心管外壁上，并通过导线与所述中心管外壁的导电处连接，所述交流信号发射装置安装于所述中心管外壁上，并通过导线分别与所述发射电极和所述中心管外壁导电处连接，所述数字电流传感器安装在所述上接收电极和所述下接收电极与所述中心管连接的导线上，所述地表主机分别与所述交流信号发射装置和所述数字电流传感器通信连接，所述中心管通过盐穴储气库的中间管插入所述盐穴储气库；所述地表主机，用于接收用户输入的控制指令，基于所述控制指令向所述交流信号发射装置下发测试指令和/或工作指令，接收所述数字电流传感器返回的电流有效值，并根据所述电流有效值计算油水界面的深度；所述交流信号发射装置，用于基于所述地表主机发送的测试指令和/或工作指令，产生交流电压信号；所述数字电流传感器，用于测量通过所述上接收电极和通过所述下接收电极的电流，并将测量结果发送至所述地面主机。本发明通过采用差动型测量，降低了井底温度、压力环境因素的影响,同时利用盐穴储气库中气体与油层介电常数相近，与底部液体介电常数相差较大的性质，能够忽略液体上方漂浮的油层对监测结果的影响，同时本发明中传感器不直接接触盐穴储气库中底部液体，大大降低了底部液体对传感器的腐蚀，使得传感器经久耐用，实现了低成本测量盐穴储气库中油水界面的深度。
[0114]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0115]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0116]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0117]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0118]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0119]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0120]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种差动型投射互容式油水界面监测系统，其特征在于，所述系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机，所述发射电极基于绝缘材料安装于所述中心管外壁上，所述上接收电极和所述下接收电极安装于所述中心管外壁上，并通过导线与所述中心管外壁的导电处连接，所述交流信号发射装置安装于所述中心管外壁上，并通过导线分别与所述发射电极和所述中心管外壁导电处连接，所述数字电流传感器安装在所述上接收电极和所述下接收电极与所述中心管连接的导线上，所述地表主机分别与所述交流信号发射装置和所述数字电流传感器通信连接，所述中心管通过盐穴储气库的中间管插入所述盐穴储气库；所述地表主机，用于接收用户输入的控制指令，基于所述控制指令向所述交流信号发射装置下发测试指令和/或工作指令，接收所述数字电流传感器返回的电流有效值，并根据所述电流有效值计算油水界面的深度；所述交流信号发射装置，用于基于所述地表主机发送的测试指令和/或工作指令，产生交流电压信号；所述数字电流传感器，用于测量通过所述上接收电极和通过所述下接收电极的电流，并将测量结果发送至所述地面主机。2.根据权利要求1所述的差动型投射互容式油水界面监测系统，其特征在于，所述发射电极、所述上接收电极和所述下接收电极为圆环状，所述发射电极位于所述上接收电极和所述下接收电极中间。3.根据权利要求1所述的差动型投射互容式油水界面监测系统，其特征在于，所述上接收电极和所述下接收电极的高度相同，且所述上接收电极和所述下接收电极的高度为所述发射电极高度的1/2。4.根据权利要求1所述的差动型投射互容式油水界面监测系统，其特征在于，所述发射电极距离所述中心管顶端的距离为h
m
，所述上接收电极距离所述中心管顶端的距离为h
m-d，所述上接收电极距离所述中心管顶端的距离为h
m
+d,其中，h
m
为发射电极距离中心管顶端的距离，d为上接收电极和下接收电极与发射电极的距离。5.根据权利要求1所述的差动型投射互容式油水界面监测系统，其特征在于，所述数字电流传感器包括交流电传感器和数字采集芯片。6.根据权利要求1所述的差动型投射互容式油水界面监测系统，其特征在于，所述交流信号发射装置产生的电压有效值为u，电压频率为f。7.一种差动型投射互容式油水界面监测方法，其特征在于，应用于所述差动型投射互容式油水界面监测系统，所述系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机；所述差动型投射互容式油水界面监测方法，包括以下步骤：在所述中心管下降至盐穴储气库且所述下接收电极未触及油水界面时，所述地表主机发送测试指令至所述交流信号发射装置；所述交流信号发射装置产生交流电压信号，所述数字电流传感器采集经过所述上接收电极和所述下接收电极的初始电流有效值i0；在满足预设工作条件时，所述地表主机发送工作指令至所述交流信号发射装置；所述交流信号发射装置产生所述交流电压信号，所述数字电流传感器采集经过所述上
接收电极和所述下接收电极的工作电流有效值分别为i
u
和i
d
；基于所述交流电压信号的参数、所述初始电流有效值i0、所述工作电流有效值i
u
和所述工作电流有效值i
d
，计算所述上接收电极和所述下接收电极分别与所述发射电极形成的测试电容c0以及工作电容c
u
和c
d
；基于所述测试电容c0、所述工作电容c
u
、所述工作电容c
d
、所述发射电极的安装位置、所述上接收电极的安装位置和所述下接收电极的安装位置，计算所述盐穴储气库中油水界面的深度。8.根据权利要求6所述的差动型投射互容式油水界面监测方法，其特征在于，所述测试电容c0为：c0＝0/2；所述工作电容c
u
为：c
u
＝
u
/2；所述工作电容c
d
为：c
d
＝
d
/2；其中，c0为上接收电极、下接收电极与发射电极之间形成的测试电容，c
u
为上接收电极与发射电极之间形成的工作电容，c
d
为下接收电极与发射电极之间形成的工作电容，i0为上接收电极、下接收电极的初始电流，i
u
为上接收电极的工作电流，i
d
为下接收电极的工作电流，u为交流信号发射装置产生电压的有效值，f为交流信号发射装置产生的电压频率。9.根据权利要求7所述的差动型投射互容式油水界面监测方法，其特征在于，所述油水界面的深度h为：其中，h
m
为发射电极距离中心管顶端的距离，d为上接收电极和下接收电极与发射电极的距离，ε
r
为储气库底部液体的相对介电常数，ε0为真空介电常数,s为上接收电极和下接收电极的有效面积，c0为上接收电极、下接收电极与发射电极之间形成的测试电容，c
u
为上接收电极与发射电极之间形成的工作电容，c
d
为下接收电极与发射电极之间形成的工作电容。10.根据权利要求7所述的差动型投射互容式油水界面监测方法，其特征在于，所述预设工作条件为：所述油水界面位于所述发射电极和所述下接收电极之间、所述油水界面位于所述发射电极与所述上接收电极之间和/或所述油水界面位于所述上接收电极上。

技术总结
本发明提供一种差动型投射互容式油水界面监测系统及方法，系统包括：中心管、发射电极、上接收电极、下接收电极、交流信号发射装置、数字电流传感器和地表主机。本发明通过测量上接收电极和下接收电极的初始电流和工作电流，并结合发射电极、上接收电极和下接收电极的安装位置，采用差动型测量，降低了井底温度、压力环境因素的影响,同时利用盐穴储气库中气体与油层介电常数相近，与底部液体介电常数相差较大的性质，能够忽略液体上方漂浮的油层对监测结果的影响，同时本发明中传感器不直接接触盐穴储气库中底部液体，大大降低了底部液体对传感器的腐蚀，使得传感器经久耐用，实现了低成本测量盐穴储气库中油水界面的深度。现了低成本测量盐穴储气库中油水界面的深度。现了低成本测量盐穴储气库中油水界面的深度。


技术研发人员：吴琰 王芙蓉
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2023.06.11
技术公布日：2023/10/15